DE19510394A1 - Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine von einem Gleichstrommotor an
getriebene Servolenkanlage für ein Kraftfahrzeug, um einen
Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs mit einem von einem Gleich
strommotor erzeugten Hilfsdrehmoment zu unterstützen. Ins
besondere betrifft die Erfindung eine von einem Gleichstrom
motor angetriebene Servolenkanlage, die mit einer Einrich
tung versehen ist, um den Betriebszustand oder die Rotation
des Gleichstrommotors mit hoher Zuverlässigkeit zu detek
tieren, wobei Information über den Rotationszustand genutzt
wird, um die Erzeugung des Hilfsdrehmoments zu steuern.
Bei einer Servolenkanlage für Kraftfahrzeuge oder ähnliche
motorgetriebene Fahrzeuge, bei der ein Gleichstrommotor zur
Erzeugung des Hilfsdrehmoments eingesetzt wird, muß der
Betriebs- oder Rotationszustand des Gleichstrommotors durch
eine Rückkopplungsschleife detektiert werden, um die opti
male Lenkhilfskraft zu erzeugen, während gleichzeitig die
Detektierung des Auftretens von Abnormalitäten in der Servo
lenkanlage möglich sein muß.
Unter diesen Umständen wird bei der bekannten, von einem
Gleichstrommotor angetriebenen Servolenkanlage eine Meß
einrichtung wie etwa ein Drehgeber, ein Tachogenerator oder
dergleichen verwendet, um eine Winkelposition und/oder die
Drehzahl des Gleichstrommotors als die Information zu er
fassen, die zur Steuerung der Winkelposition sowie der
Drehzahl und Beschleunigung des Gleichstrommotors genutzt
wird, um dadurch schließlich die Lenkhilfskraft zu steuern.
Die Meßeinrichtungen zum Detektieren der Motorinformation
wie etwa der Drehzahl des Gleichstrommotors und dergleichen
sind jedoch sehr teuer, was vom Kostenstandpunkt natürlich
nachteilig ist. Daher wurden schon viele verschiedene
Möglichkeiten vorgeschlagen, um die Drehinformation des
Gleichstrommotors durch rechnerische Schätzung auf der Basis
der Ausgangssignale der übrigen Meßeinrichtungen zu erhal
ten, die für andere Zweck eingebaut sind, ohne daß eine
spezielle Meßeinrichtung wie etwa ein Drehgeber oder der
gleichen vorgesehen werden muß.
Beispielsweise ist in der nichtgeprüften JP-Patentanmeldung
Veröffentlichungs-Nr. 8190/1992 (JP-A-4-8190) ein System
angegeben, bei dem eine über einen Gleichstrommotor ange
legte Motorspannung und ein durch den Motor fließender Mo
torstrom gemessen werden, um die Drehzahl des Gleichstrom
motors auf der Basis der gemessenen Motorspannung und des
Motorstroms zu schätzen. Bei einer anderen bekannten Anlage,
die ebenfalls in dem vorgenannten Dokument angegeben ist,
wird die Drehzahl des Motors geschätzt auf der Basis eines
Motorstrom-Befehlswerts, der den Strom vorgibt, der durch
einen Gleichstrommotor fließen soll, und eines tatsächlich
durch den Motor fließenden Motorstroms geschätzt. In beiden
Fällen wird die auf diese Weise geschätzte Motordrehzahl bei
der Steuerung der Lenkanlage genutzt.
Die oben angegebenen Verfahren zum Schätzen der Motordreh
zahl weisen jedoch das schwerwiegende Problem auf, daß der
Schätzwert der Motordrehzahl häufig mit einem erheblichen
Fehler behaftet ist, und zwar in Abhängigkeit von dem ange
wandten Motorantriebsverfahren, denn die Motordrehzahl wird
geschätzt (oder mit anderen Worten rechnerisch bestimmt) auf
der Basis der Motorspannung und des Motorstroms des Gleich
strommotors, wobei gleichzeitig seine inneren Parameter wie
etwa Ankerwiderstand, Selbstinduktivität, Drehmomentkon
stante, der Koeffizient der inneren Reibung der Motorwelle,
die Trägheit des Rotors usw. berücksichtigt werden.
Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung wird
unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 11 zuerst eine bekannte,
von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
beschrieben.
Fig. 8 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer her
kömmlichen, von einem Gleichstrommotor angetriebene Servo
lenkanlage für ein Kraftfahrzeug. Wie die Figur zeigt, ist
ein Lenkrad 1 betriebsmäßig mit einer Lenkwellenanordnung
verbunden, die aus einer ersten bis vierten Lenkwelle 2a bis
2d besteht, so daß die Drehbewegung oder das Drehmoment des
Lenkrads 1 auf die Lenkwellen übertragen wird.
Ein dem Lenkrad 1 zugeordneter Drehmomentsensor 3 ist vorge
sehen, um ein von einem Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebrach
tes Drehmoment zu detektieren und ein elektrisches Signal T1
abzugeben, das das Lenkdrehmoment bezeichnet. Dabei sind das
Lenkrad 1 und der Drehmomentsensor 3 durch die erste Lenk
welle 2a miteinander verkoppelt. Ferner ist mit dem Dreh
momentsensor 3 die zweite Lenkwelle 2b an ihrem einen Ende
betriebsmäßig verbunden, und an dem anderen Ende der zweiten
Lenkwelle 2b ist ein erstes Zahnrad 4 angebracht und kämmt
mit einem zweiten Zahnrad 5, wobei das erste und das zweite
Zahnrad 4 und 5 zusammenwirken, um einen Reduziergetriebe
strang zu bilden. Ferner ist das erste Zahnrad 4 mit einem
ersten Kreuzgelenk 6a durch die dritte Lenkwelle 2c ver
bunden. Das erste Kreuzgelenk 6a ist seinerseits mit einem
zweiten Kreuzgelenk 6b durch die vierte Lenkwelle 2d ver
bunden. Ein Ritzel 7 ist an dem zweiten Kreuzgelenk 6b an
gebracht und gelangt in Eingriff mit einem Gewindebereich 8a
einer Zahnstange 8. An beiden Enden der Zahnstange 8 sind
ein erstes und ein zweites Kugelgelenk 9a bzw. 9b ange
bracht, und Spurstangen 10a und 10b sind mit beiden Enden
der Zahnstange 8 über das erste bzw. das zweite Kugelgelenk
9a bzw. 9b verbunden. Ein Gleichstrommotor 11 ist be
triebsmäßig mit dem zweiten Zahnrad 5 verbunden, um ein
Hilfsdrehmoment zu erzeugen, das auf die Servolenkanlage
unter Steuerung durch eine Steuereinrichtung 12 aufgebracht
wird, die ausgebildet ist, um den Lenkbetrieb nach Maßgabe
des von dem Drehmomentsensor 3 gelieferten elektrischen Si
gnals T1 zu steuern, um dadurch den Fahrer beim Lenken des
Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Die Steuereinrichtung 12
wird von einer fahrzeugeigenen Batterie 13 mit Strom ver
sorgt.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die funktions
mäßige Konfiguration der Steuereinrichtung 12 von Fig. 8,
d. h. eine herkömmliche Steuereinrichtung für eine von einem
Gleichstrommotor angetriebene Servolenkung zeigt. In Fig. 9
bezeichnen 3, 11 bis 13 die gleichen Komponenten wie in Fig.
8. Die Steuereinrichtung 12 für die von dem Gleichstrommotor
angetriebene Servolenkanlage besteht aus Elementen 20 bis 24
und 29 bis 33, die nachstehend beschrieben werden.
Gemäß Fig. 9 hat die Steuereinrichtung 12 eine Zentralein
heit bzw. CPU 20, die so programmiert ist, daß sie ver
schiedene Rechenoperationen durchführt, die zur Steuerung
des motorgetriebenen Servolenkbetriebs notwendig sind. Ein
Energieversorgungskreis 21 ist mit der Batterie 13 verbun
den, um verschiedenen Komponenten der Steuereinrichtung 12
elektrische Energie zuzuführen, obwohl der Energieversor
gungskreis 21 der Einfachheit halber so dargestellt ist, daß
er der CPU 20 die elektrische Energie zuführt. Eine Eingabe
schnittstelle 22 ist vorgesehen, um das von dem Drehmoment
sensor 3 abgegebene elektrische Signal T1 abzurufen und
aufzubereiten. Dabei wird das elektrische Signal T1, das ein
von dem Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebrachtes Lenkdreh
moment bezeichnet, über die Eingabeschnittstelle 22 in die
CPU 20 eingegeben, um dadurch auf eine noch zu erläuternde
Weise verarbeitet zu werden, so daß ein Motortreibersignal
DM von der Steuereinrichtung 12 abgegeben wird. Ein Motor
treiberkreis 23 ist vorgesehen, um impulsdauermodulierte
bzw. PDM-Steuersignale PC1 bis PC4 auf der Basis des Motor
treibersignals DM zu erzeugen. Ferner ist ein Motorstrom
detektierkreis 24 vorgesehen, um einen Motorstrom IM zu
detektieren, der durch den Gleichstrommotor 11 fließt, und
ein Motorstromsignal IM zu erzeugen, das in die CPU 20
eingegeben wird. Vier Schaltelemente wie etwa elektrische
Feldeffekttransistoren bzw. FET 29 bis 32 wirken mit dem
Gleichstrommotor 11 zusammen und bilden einen H-Brücken-
Kommutierungskreis BR. Ein FET-Paar 29 und 32 und das andere
FET-Paar 30 und 31 sind ausgebildet, um von den PDM-Steuer
signalen PC1 bis PC4 gesteuert bzw. ein- und ausgeschaltet
zu werden, so daß der Gleichstrommotor 11 entweder in
Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung gedreht wird, um das Lenk
hilfsdrehmoment zu erzeugen.
Ein Versorgungsspannungs-Detektierkreis 33 dient dazu, eine
Speisespannung zu detektieren, die dem Brückenkommutierungs
kreis BR von der Batterie 13 zugeführt wird, wobei das Aus
gangssignal VB des Detektierkreises 33, das die detektierte
Speisespannung VB bezeichnet, ebenfalls in die CPU 20 ein
gegeben wird. Schließlich ist eine Einrichtung zum Detektie
ren einer an den Gleichstrommotor 11 angelegten Motorspan
nung VM vorgesehen, allerdings ist diese Detektiereinrich
tung nicht dargestellt.
Als nächstes wird der Betrieb der herkömmlichen, von einem
Gleichstrommotor angetriebenen Servolenkanlage mit dem oben
angegebenen Aufbau kurz erläutert.
Die CPU 20 erzeugt das Motortreibersignal DM auf der Basis
des von dem Drehmomentsensor 3 abgegebenen elektrischen
Signals T1 und schätzt gleichzeitig die Drehzahl (U/min) des
Gleichstrommotors 11 auf der Basis des Motorstroms IM, der
von dem Motorstromdetektierkreis 24 zugeführt wird, und der
Motorspannung VM, die von der nicht gezeigten Motorspan
nungsdetektiereinrichtung zugeführt wird. Andererseits
erzeugt der Motortreiberkreis 23 die PDM-Steuersignale PC1
bis PC4 auf der Basis des Motortreibersignals DM, so daß
dadurch der Gleichstrommotor 11 über die FET 29, . . ., 32 des
Brückenkommutierungskreises BR angetrieben wird. Das so von
dem Gleichstrommotor 11 erzeugte Drehmoment wird auf die
Lenkwellen 2b und 2a über den Getriebestrang übertragen, der
aus dem zweiten Zahnrad 5 und dem ersten Zahnrad 4 besteht,
und infolgedessen wird auf das Lenkrad 1 ein Hilfsdrehmoment
geeigneter Größe und Richtung aufgebracht.
Als nächstes folgt die Beschreibung des Betriebs der CPU 20
zum Schätzen der Drehzahl (U/min) des Gleichstrommotors 11
unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11, die in Form von
Diagrammen die Motorspannungs(VM)-Motorstrom((IM)-Charak
teristiken des Gleichstrommotors 11 zeigen, wobei die
Motortemperatur als ein Parameter dient und Fig. 10 die
Charakteristik in dem Fall zeigt, daß einer (z. B. 29) jedes
Paars (z. B. 29 und 32) der FET 29 bis 32, die den Brücken
kommutierungskreis BR bilden, von dem PDM-Steuersignal ein-
und ausgeschaltet wird, während der andere (z. B. 32)
ständig im geschlossenen oder EIN-Zustand gehalten wird,
wohingegen Fig. 11 die Charakteristik in dem Fall zeigt, daß
beide Transistsoren des jeweiligen FET-Paars (z. B. 29 und
32 oder 30 und 31) von dem PDM-Steuersignal gleichzeitig
oder unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden.
Insbesondere wird der Spannungs-Strom-Verlauf gemäß Fig. 10
erhalten, wenn durch die PDM-Steuersignale PC1 bis PC4, die
von dem Motortreiberkreis 23 abgegeben werden, der Gleich
strommotor 11 durch Ein/Ausschalten des FET 29 unter Halten
des FET 32 im EIN-Zustand angetrieben wird, während die FET
30 und 31 im AUS-Zustand gehalten werden. Andererseits wird
der Spannungs-Strom-Verlauf von Fig. 11 erhalten, wenn der
Gleichstrommotor 11 durch Schalten beider FET 29 und 32 mit
den PDM-Steuersignalen angetrieben wird, während die FET 30
und 31 im AUS-Zustand gehalten werden.
Sowohl in Fig. 10 als auch in Fig. 11 ist der durch den
Gleichstrommotor 11 fließende Motorstrom IM auf der Abszisse
aufgetragen, während die Motorspannung VM, d. h. die über
den Gleichstrommotor 11 in dessen nichtrotierendem Zustand
angelegte Spannung, auf der Ordinate aufgetragen ist, wobei
eine Kurve A die Charakteristik bezeichnet, wenn der Motor
Raumtemperatur hat, eine Kurve B eine hohe Motortemperatur
bezeichnet und eine Kurve C eine niedrige Motortemperatur
bezeichnet. Ferner bezeichnen in den Fig. 10 und 11 die
Bezugszeichen IF1 bzw. IF2 untere Grenzwerte des Motorstroms
IM für die Bereiche, in denen die Charakteristiken A bis C
Linearität zeigen.
Wie in den Fig. 10 und 11 zu sehen ist, ändert sich die
Beziehung zwischen der Motorspannung VM und dem Motorstrom
IM als eine Funktion der Motortemperatur. Wenn also der
Gleichstrommotor 11 Raumtemperatur hat, entspricht die vor
genannte Beziehung der Kurve A. Bei einer höheren Temperatur
des Motors 11 entspricht diese Beziehung der Kurve B, wo
hingegen bei einer niedrigeren Temperatur des Gleichstrom
motors 11 dessen Motorspannung VM sich als Funktion des
Motorstroms IM entsprechend der Kurve C ändert. Wenn der
Motorstrom IM ferner kleiner als der untere Grenzwert IF1
oder IF2 ist, nehmen sämtliche Charakteristiken A bis C
einen nichtlinearen Verlauf an.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 soll angenommen werden, daß
sich der Gleichstrommotor 11 im nichtrotierenden Zustand
befindet, wobei der Motorstrom IM gleich einem Wert ID ist.
In diesem Fall nimmt die Motorspannung VM einen Wert an, der
in einen Bereich fällt, der gegeben ist durch den Ausdruck
VMD1 VM VMD2. Wenn ferner der Gleichstrommotor 11 nicht
rotiert, so daß der Motorstrom IM einen Wert IQ in dem in
Fig. 11 gezeigten Antriebsmodus annimmt, nimmt die Motor
spannung VM einen Wert innerhalb eines Bereichs an, der
gegeben ist durch den Ausdruck VMQ1 VM VMQ2.
Ferner zeigt ein Vergleich der Charakteristiken von Fig. 10
mit denen von Fig. 11, daß die Kurven A bis C bei einem
relativ niedrigen Wert der Motorspannung VM ziemlich sanft
ansteigen, wenn einer jedes Paars der FET durch das PDM-
Steuersignal gesteuert wird (Fig. 10), während die Kurven A
bis C bei einem relativ hohen Wert der Motorspannung VM
steil ansteigen, wenn beide FET eines Paars von dem PDM-
Signal gesteuert werden (Fig. 11).
Ferner ist zu beachten, daß dann, wenn der Gleichstrommotor
11 in einer gewünschten Richtung unter Last rotiert, eine
Motorspannung VM detektiert wird, die niedriger als die
jenige entsprechend der Kurve A, B oder C ist, während bei
Rotation des Gleichstrommotors 11 in Gegenstrommodus (d. h.
in der Richtung, in der der Gleichstrommotor 11 Strom er
zeugt) die Motorspannung VM detektiert wird, die höher als
die durch die Kurven A, B oder C gegebene Spannung ist.
Wie aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, kann
die Drehzahl (U/min) des Gleichstrommotors 11 arithmetisch
bestimmt oder geschätzt werden, und zwar auf der Basis einer
Differenz zwischen der Motorspannung VM, die bei einem
gegebenen Motorstrom IM (= ID) detektiert wird, und der
Motorspannung (VMD1 bis VMD2) oder der Motorspannung (VMQ1
bis VMQ2), die auf der relevanten Kurve liegt.
Die Charakteristik von Motorstrom IM und Motorspannung VM
ändert sich jedoch mit einer Änderung der Motortemperatur,
und zwar ungeachtet des jeweiligen Antriebsschemas, wie die
Kurven A bis C in den Fig. 10 und 11 zeigen. Außerdem ändern
sich die Kurven A bis C unter dem Einfluß von Wärmeerzeugung
in dem Gleichstrommotor 11.
Ferner sind die Motorspannungs-Motorstrom-Charakteristiken
stark voneinander verschieden in bezug auf die Anstiegsspan
nung, deren Steigung und die unteren Grenzwerte (IF1, IF2)
der linearen Bereiche. Selbstverständlich ändert sich die
Charakteristik erheblich in Abhängigkeit von dem jeweiligen
Antriebsschema des Motors (vergleiche Fig. 10 mit Fig. 11).
Beispielsweise im Fall der in Fig. 10 gezeigten Charakteri
stiken kann zwar ein relativ großer Spielraum für die De
tektierung einer hohen Motorspannung VM gewährleistet wer
den, aber der Spielraum für die Detektierung einer niedrigen
Motorspannung wird klein. Im Fall der in Fig. 11 gezeigten
Charakteristiken dagegen ist ein großer Spielraum für die
Detektierung der niedrigen Motorspannung VM verfügbar, wo
hingegen der Spielraum für die Detektierung einer hohen
Motorspannung VM verkleinert ist.
Wie aus der obigen Analyse ersichtlich ist, ist die Schät
zung der Drehzahl (U/min) des Gleichstrommotors 11 auf der
Basis nur der Motorspannung VM, des Motorstroms IM und der
inneren Parameter des Motors mit einem erheblichen Fehler
behaftet aufgrund der verschiedenen oben angegebenen Fak
toren, die die Schätzung beeinflussen. Um den Fehler in der
Schätzung zu verringern, muß das Verfahren zum Schätzen der
Drehzahl des Gleichstrommotors 11 in Abhängigkeit von den
Antriebsmoden des Gleichstrommotors 11 geändert werden. Es
wurde jedoch bisher keine von einem Gleichstrommotor ange
triebene Servolenkanlage vorgeschlagen, die Mittel zum
Ändern der Schätzmethoden wie oben angegeben aufweist.
Schließlich sollte auch erwähnt werden, daß bei der von
einem Gleichstrommotor angetriebenen Servolenkanlage, bei
der der Motorantriebsmodus, bei dem ein FET jedes Paars von
FET im leitenden oder EIN-Zustand gehalten wird, während der
andere von dem PDM-Steuersignal geschaltet bzw. gesteuert
wird (Fig. 10), in den Modus umgeschaltet werden kann, bei
dem beide FET jedes Paars durch das PDM-Steuersignal gleich
zeitig und unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet
werden (Fig. 11), der in der Schätzung der Drehzahl des
Gleichstrommotors 11 enthaltene Fehler sich jedesmal ändert,
wenn eine Umschaltung zwischen den genannten Antriebsmoden
erfolgt.
Bei der bisher bekannten, von einem Gleichstrommotor
angetriebenen Servolenkanlage resultiert die Schätzung der
Drehzahl des antreibenden Gleichstrommotors auf der Basis
der Motorspannung VM, des Motorstroms IM und der internen
Parameter ohne die Verwendung einer eigentlichen Drehzahl
detektiereinrichtung, die im allgemeinen teuer ist, in einem
ganz erheblichen Fehler, wie oben beschrieben wird, und in
folgedessen ist die Realisierung einer optimalen Lenkungs
steuerung schwierig oder praktisch unmöglich, was ein Pro
blem darstellt.
Bei der herkömmlichen, von einem Gleichstrommotor angetrie
benen Servolenkanlage, bei der zwischen dem Modus zum
Treiben des Gleichstrommotors, in dem ein FET jedes FET-
Paars im EIN-Zustand ist, während der andere FET durch das
PDM-Steuersignal ein/ausgeschaltet wird (Fig. 10), und dem
Antriebsmodus, in dem die beiden FET jedes Paars gleichzei
tig oder unabhängig voneinander durch das PDM-Steuersignal
ein/ausgeschaltet werden (Fig. 11), umgeschaltet wird, wird
ferner der in dem Schätzwert der Motordrehzahl enthaltene
Fehler jedesmal dann, wenn die genannten Motorantriebsmoden
umgeschaltet werden, beträchtlich unterschiedlich, was zu
einem Fehler in der geschätzten oder detektierten Motor
drehzahl führt.
Im Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik ist
es die Aufgabe der Erfindung, eine von einem Gleichstrommo
tor angetriebene Servolenkanlage für ein Kraftfahrzeug anzu
geben, wobei es möglich ist, den Rotationszustand des
Gleichstrommotors mit hoher Genauigkeit und erhöhter
Zuverlässigkeit zu detektieren.
Ein Vorteil der Erfindung ist dabei die Bereitstellung einer
von einem Gleichstrommotor angetriebenen Servolenkanlage für
ein Kraftfahrzeug, wobei es möglich ist, den in der Schät
zung des Rotationszustands des Gleichstrommotors vorhandenen
Fehler auch dann zu minimieren, wenn eine Umschaltung zwi
schen den Antriebsmoden für den Motor erfolgt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung
einer von einem Gleichstrommotor angetriebenen Servolenk
anlage, die mit geringem Kostenaufwand implementierbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der
Erfindung eine von einem Gleichstrommotor angetriebene
Servolenkanlage für ein Kraftfahrzeug angegeben, die auf
weist: einen Gleichstrommotor, zwei Sets von FET-Paaren, die
so miteinander verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem
Gleichstrommotor einen Brückenkommutierungskreis bilden, um
den Gleichstrommotor entweder in Vorwärts- oder in Rück
wärtsrichtung anzutreiben, einen Motortreiberkreis zur
Steuerung des Betriebs des Gleichstrommotors durch Steuern
eines FET des FET-Paars mit einem impulsdauermodulierten
bzw. PDM-Steuersignal, während der andere FET in einem
leitenden Zustand gehalten wird, einen Motorstromdetek
tierkreis zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor
fließenden Stroms, einen Versorgungsspannungsdetektierkreis
zum Detektieren einer Versorgungsspannung, die an den
Brückenkommutierungskreis angelegt ist, eine Motorspannungs
schätzeinrichtung zum Schätzen einer an den Gleichstrommotor
angelegten Spannung auf der Basis der an den Brückenkommu
tierungskreis angelegten Versorgungsspannung und der PDM-
Steuersignale, und eine Motorrotationsdetektiereinrichtung
zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors
auf der Basis des Motorstroms und der geschätzten Motor
spannung, die an den Gleichstrommotor angelegt ist.
Bei diesem Aufbau der von einem Gleichstrommotor angetrie
benen Servolenkanlage wird die an den Gleichstrommotor ange
legte Spannung auf der Basis der an den Brückenkommutie
rungskreis angelegten Versorgungsspannung und der Einschalt
dauer des PDM-Steuersignals geschätzt, wobei die Drehzahl
des Gleichstrommotors oder wenigstens die Rotationsinfor
mation; die anzeigt, daß der Gleichstrommotor rotiert, auf
der Basis des Motorstroms und der geschätzten Motorspannung
detektiert wird. Somit kann eine hohe Zuverlässigkeit bei
der Detektierung des Motorbetriebszustands in dem Antriebs
modus gewährleistet werden, bei dem ein FET des FET-Paars,
die den Brückenkommutierungskreis bilden, von dem PDM-Signal
gesteuert wird, während der andere FET ständig im leitenden
Zustand gehalten wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ferner eine
von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage für
ein Kraftfahrzeug angegeben, die aufweist: einen Gleich
strommotor, zwei Sets von FET-Paaren, die so verbunden sind,
daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor einen Brücken
kommutierungskreis bilden, um den Gleichstrommotor entweder
in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung anzutreiben, einen
Motortreiberkreis zur Steuerung des Betriebs des Gleich
strommotors durch Steuern der beiden FET-Paare mit PDM-Sig
nalen, einen Motorstromdetektierkreis zum Detektieren eines
durch den Gleichstrommotor fließenden Motorstroms, eine
Versorgungsspannungsdetektiereinrichtung zum Detektieren
einer Versorgungsspannung, die an den Brückenkommutierungs
kreis angelegt wird, eine Motorspannungsschätzeinrichtung
zum Schätzen einer an den Gleichstrommotor angelegten
Spannung auf der Basis der Versorgungsspannung, die an den
Brückenkommutierungskreis angelegt wird, und der PDM-
Steuersignale, und eine Motorrotationsdetektiereinrichtung
zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors
auf der Basis des Motorstroms und der geschätzten Motor
spannung, die an den Gleichstrommotor angelegt wird.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau der von einem Gleich
strommotor angetriebenen Servolenkanlage wird die an den
Gleichstrommotor angelegte Spannung auf der Basis der
Versorgungsspannung, die an den Brückenkommutierungskreis
angelegt wird, und der Einschaltdauer des PDM-Steuersignals
geschätzt, wobei die Drehzahl des Gleichstrommotors oder
wenigstens die Rotationsinformation, die anzeigt, daß der
Gleichstrommotor rotiert, auf der Basis des Motorstroms und
der geschätzten Motorspannung detektiert wird. Somit kann
eine hohe Zuverlässigkeit für die Detektierung des Motor
betriebszustands in dem Antriebsmodus gewährleistet werden,
in dem beide FET des FET-Paars von den PDM-Signalen ge
steuert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine von einem
Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage für ein Kraft
fahrzeug angegeben, die aufweist: einen Gleichstrommotor,
zwei Sets von FET-Paaren, die so verbunden sind, daß sie
gemeinsam mit dem Gleichstrommotor einen Brückenkommutie
rungskreis zum Treiben des Gleichstrommotors bilden, einen
Motorklemmenvorspannungskreis zum Anlegen einer Vorspannung
an wenigstens eine Klemme eines Klemmenpaars des Gleich
strommotors, einen Motorklemmenspannungs-Detektierkreis, der
mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklem
menspannung an der einen Klemme zu detektieren, und eine
Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des
Rotationszustands des Gleichstrommotors auf der Basis der
Motorklemmenspannung in dem Zustand, in dem der Gleich
strommotor nicht angetrieben wird.
Durch Vorsehen des Vorspannungskreises, um an wenigstens
eine Klemme des Gleichstrommotors eine Vorspannung anzu
legen, und durch Detektieren der Motorklemmenspannung ist es
möglich, die Drehzahl des Gleichstrommotors oder wenigstens
die Information zu detektieren, die anzeigt, daß der Motor
dreht, selbst wenn der Gleichstrommotor nicht positiv ange
trieben wird. Daher kann die Gesamtzuverlässigkeit bei der
Detektierung des Rotationszustands des Gleichstrommotors
verbessert werden, ohne daß besondere Kosten verursacht
werden.
Ferner wird gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung eine
von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage für
ein Kraftfahrzeug angegeben, die aufweist: einen Gleich
strommotor, zwei Sets von FET-Paaren, die so verbunden sind,
daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor einen Brücken
kommutierungskreis bilden, um den Gleichstrommotor entweder
in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung anzutreiben, einen
Motortreiberkreis zur Steuerung des Betriebs des Gleich
strommotors entweder in einem ersten Motorantriebsmodus, in
dem ein FET des FET-Paars mit einem PDM-Steuersignal ge
steuert und der andere FET im geschlossenen oder leitenden
Zustand gehalten wird, oder in einem zweiten Motorantriebs
modus, in dem beide FET mit PDM-Steuersignalen gesteuert
werden, eine Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detek
tieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors in Ab
hängigkeit von den Motorantriebsmoden, eine Schalteinrich
tung zum Umschalten der Motorrotationsdetektiereinrichtung
in Abhängigkeit von den Motorantriebsmoden und einen Mul
tiplizierer zum Multiplizieren des von der Motorrotations
detektiereinrichtung abgegebenen Detektierwerts mit einem
Normierungsfaktor.
Durch Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommo
tors in Abhängigkeit von den Antriebsmoden des Gleichstrom
motors und Multiplizieren des Detektierwerts mit einem
Normierungsfaktor oder Korrekturkoeffizienten kann der in
der geschätzten Motordrehzahl enthaltene Fehler auf einen
kleinsten Wert verringert werden, so daß die Zuverlässigkeit
bei der Detektierung des Motorrotationszustands entsprechend
verbessert wird.
Bei einer bevorzugten Art der Durchführung der Erfindung
kann die von dem Gleichstrommotor angetriebene Servolenk
anlage ferner eine Intervallvorgabeeinrichtung aufweisen zur
Vorgabe eines Intervalls anschließend an eine Änderung des
Motorantriebsmodus, so daß die Motorrotationsdetektierein
richtung an einer Detektierung des Rotationszustands des
Gleichstrommotors während einer dem Intervall entsprechenden
Periode gehindert wird.
Durch Vorsehen des Intervalls oder des Zeitraums, in dem der
Ausgangswert der Rotationsdetektiereinrichtung vernach
lässigt wird, wie oben beschrieben wurde, kann der Ablauf
der Bestimmung des Rotationszustands des Gleichstrommotors
vor dem Einfluß von Übergangsfaktoren geschützt werden, so
daß für die Detektierung des Rotationszustands des Gleich
strommotors eine hohe Genauigkeit und erhöhte Zuverlässig
keit gewährleistet sind.
Bei einer anderen bevorzugten Art der Durchführung der
Erfindung kann die von dem Gleichstrommotor angetriebene
Servolenkanlage ferner eine Intervallvorgabeeinrichtung zur
Vorgabe eines Intervalls anschließend an eine Änderung des
Motorantriebsmodus sowie eine Einrichtung zur zusätzlichen
Korrektur des Detektierwerts, der von der Motorrotations
detektiereinrichtung während des vorgenannten Intervalls
abgegeben wird, mit einem linearen Verzögerungsfaktor
aufweisen.
Durch die vorgenannte Anordnung kann der Fehler in der
Rechenoperation zur Bestimmung des Rotationszustands des
Gleichstrommotors weiter verringert werden.
Bei noch einer anderen bevorzugten Art der Durchführung der
Erfindung kann die von dem Gleichstrommotor angetriebene
Servolenkanlage außerdem aufweisen: einen Motorklemmenvor
spannungskreis zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens
eine Klemme eines Klemmenpaars des Gleichstrommotors, eine
Motorklemmenspannungs-Detektiereinrichtung, die mit einer
der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklemmenspannung
an der einen Klemme zu detektieren, und eine Motorantriebs
zustands-Entscheidungseinrichtung, um zu entscheiden, ob der
Gleichstrommotor angetrieben wird oder nicht, wobei die
Motorrotationsdetektiereinrichtung den Rotationszustand des
Gleichstrommotors auf der Basis der Motorklemmenspannung
detektiert, wenn der Gleichstrommotor nicht angetrieben
wird.
Durch Vorsehen des Vorspannungskreises zum Anlegen einer
Vorspannung an wenigstens eine Klemme des Gleichstrommotors
und Detektieren der Motorklemmenspannung ist es möglich, die
Drehzahl des Gleichstrommotors oder wenigstens die Infor
mation zu detektieren, die anzeigt, daß der Motor dreht,
auch wenn der Gleichstrommotor nicht positiv angetrieben
wird. Dadurch kann die Gesamtzuverlässigkeit bei der Detek
tierung des Rotationszustands des Gleichstrommotors ver
bessert werden, ohne daß eine merkliche Verteuerung ein
tritt.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Anordnung einer von
einem Gleichstrommotor angetriebenen Servolenk
anlage für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Diagramm, das eine charakteristische Beziehung
zwischen einem Motorstrom und einer Motorspannung
in der Anlage gemäß der ersten Ausführungsform zur
Verdeutlichung des Betriebs derselben zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm, das eine charakteristische Beziehung
zwischen einem Motorstrom und einer Motorspannung
in der Anlage gemäß der ersten Ausführungsform zur
Verdeutlichung des Betriebs derselben zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm, das eine charakteristische Beziehung
zwischen einer Motordrehzahl und einer Klemmen
spannung eines Gleichstrommotors zeigt, um den
Betrieb der Anlage gemäß der ersten Ausführungs
form der Erfindung zu verdeutlichen;
Fig. 5 ein Diagramm, das den Betrieb der von dem Gleich
strommotor angetriebenen Servolenkanlage gemäß der
ersten Ausführungsform der Erfindung verdeutlicht
und eine Beziehung zwischen einem Lenkdrehmoment
und einem Soll-Motorstromwert zeigt;
Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Betrieb der von dem
Gleichstrommotor angetriebenen Servolenkanlage der
ersten Ausführungsform verdeutlicht;
Fig. 7 ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb eines
Gleichstrommotors zeigt, der in der Servolenkan
lage gemäß der ersten Ausführungsform der Erfin
dung verwendet wird;
Fig. 8 eine schematische Darstellung, die allgemein den
Aufbau einer von einem Gleichstrommotor angetrie
benen bekannten Servolenkanlage für ein Kraftfahr
zeug zeigt;
Fig. 9 ein Blockschaltbild, das allgemein eine funk
tionsmäßige Konfiguration einer in der Anlage von
Fig. 8 verwendeten Steuereinrichtung zeigt;
Fig. 10 ein Diagramm, das Motorspannungs-Motorstrom-
Charakteristiken eines Gleichstrommotors in einer
herkömmlichen Servolenkanlage zeigt, wobei dessen
Temperatur als ein Parameter genutzt wird; und
Fig. 11 ein Diagramm, das Motorspannungs-Motorstrom-
Charakteristiken des Gleichstrommotors zeigt,
wobei dessen Temperatur als ein Parameter genutzt
wird, und zwar in einem anderen Antriebsmodus als
dem in Fig. 10 gezeigten.
Bevorzugte Ausführungsformen der Servolenkanlage werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Das Blockschaltbild von Fig. 1 zeigt die von einem Gleich
strommotor angetriebene Servolenkanlage gemäß der ersten
Ausführungsform, wobei 12A und 20A eine Steuereinrichtung
bzw. eine CPU bezeichnen, die jeweils der Steuereinrichtung
12 und der CPU 20 von Fig. 9 entsprechen. Außerdem sind
gleiche oder äquivalente Komponenten wie in Fig. 9 mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der mechanische Aufbau
der von dem Gleichstrommotor angetriebenen Servolenkanlage
gemäß dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen dem
Aufbau, der eingangs unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben
wurde.
Nach Fig. 1 umfaßt die von einem Gleichstrommotor angetrie
bene Servolenkanlage zusätzlich einen Motorklemmenspannungs-
Detektierkreis 25, der mit einer der Klemmen des Gleich
strommotors 11 verbunden ist, wobei ein Signal VMT, das eine
von dem Motorklemmenspannungs-Detektierkreis 25 detektierte
Motorklemmenspannung bezeichnet, in die CPU 20A eingegeben
wird. Außerdem ist mit der anderen Klemme des Gleichstrom
motors 11 eine Diode 26 verbunden, um daran eine Pull-up-
Vorspannung anzulegen. Dazu ist die Anode der Diode 26 mit
dem Stromversorgungskreis 21 und die Kathode mit der
vorgenannten anderen Klemme des Gleichstrommotors 11 über
einen Widerstand 27 verbunden. Andererseits ist ein
Widerstand 28 zwischen die vorgenannte eine Klemme des
Gleichstrommotors 11 und Massepotential eingefügt.
Die Reihenschaltung aus der Diode 26 und den Widerständen 27
und 28 bildet einen Motorklemmenvorspannungskreis, um
wenigstens eine der gepaarten Klemmen des Gleichstrommotors
11 mit einer Vorspannung zu beaufschlagen. Insbesondere wird
die Versorgungsspannung VB von den Widerständen 27 und 28
des Motorklemmenvorspannungskreises geteilt, so daß eine aus
der Spannungsteilung resultierende Spannung an den Gleich
strommotor 11 als eine Vorspannung angelegt wird, um eine
durch Rotation des Gleichstrommotors 11 induzierte Spannung
aufzuheben. Selbst wenn also eine Spannung mit negativer
Polarität von dem Gleichstrommotor 11 erzeugt wird, wird die
Motorklemmenspannung VMT des Gleichstrommotors als ein
Spannungswert positiver Polarität detektiert, der für die
nachstehend beschriebene Verarbeitung geeignet ist.
Das elektrische Signal T1, das das auf das Lenkrad 1 aufge
brachte Lenkdrehmoment bezeichnet, sowie die elektrischen
Signale, die den Motorstrom IM, die Versorgungsspannung VB,
die dem Brückenkommutierungskreis BR zugeführt wird, und die
Motorklemmenspannung VMT werden in die CPU 20A eingegeben,
die ihrerseits auf der Basis dieser Eingangssignale das
Motortreibersignal DM erzeugt, das die Einschaltdauer der
vorher erwähnten PDM-Steuersignale PC1 bis PC4 bezeichnet,
um die PDM-Steuerung der den Brückenkommutierungskreis BR
bildenden FET zu bewirken.
Die CPU 20A enthält eine Motorspannungsschätzeinrichtung zur
arithmetischen Bildung einer an den Gleichstrommotor 11 an
gelegten geschätzten Motorspannung VMS auf der Basis der dem
Brückenkommutierungskreis BR zugeführten Versorgungsspannung
VB und der PDM-Steuersignale (PC1, . . ., PC4), eine Motor
rotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des Rotations
zustands des Gleichstrommotors 11 auf der Basis des
Motorstroms IM und der geschätzten Motorspannung VMS, und
eine Motorantriebszustands-Entscheidungseinrichtung, die
entscheidet, ob der Gleichstrommotor 11 angetrieben wird
oder nicht.
In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, daß der
Motortreiberkreis 23 entweder in einem ersten Motorantriebs
modus, in dem der Motortreiberkreis 23 auf das von der CPU
20A gelieferte Motortreibersignal DM anspricht, um den
Gleichstrommotor 11 zu treiben, indem einer der FET jedes
Paars von FET, die den Brückenkommutierungskreis BR bilden,
im leitenden Zustand gehalten wird, während gleichzeitig der
andere FET des Paars mit dem PDM-Steuersignal gesteuert
wird, oder in einem zweiten Motorantriebsmodus betrieben
werden kann, in dem der Motortreiberkreis 23 den Gleich
strommotor 11 treibt, indem beide FET jedes Paars mit einem
PDM-Steuersignal gesteuert werden.
Die Motorrotationsdetektiereinrichtung, die in der CPU 20A
vorgesehen ist, hat die Funktion, den Rotationszustand des
Gleichstrommotors 11 auf der Basis des Motorstroms IM und
der geschätzten Motorspannung VMS zu detektieren unter
Berücksichtigung des Motorantriebsmodus, wenn der Gleich
strommotor 11 angetrieben wird, wohingegen der Betriebs zu
stand des Gleichstrommotors 11 auf der Basis der Motor
klemmenspannung VMT detektiert wird, wenn der Gleichstrom
motor 11 nicht angetrieben wird.
Um die Detektierung der oben genannten Motorbetriebszustände
zu realisieren, umfaßt die CPU 20A eine Umschalteinrichtung
zum Umschalten der Motorrotationsdetektiereinrichtung in
Abhängigkeit von den genannten Motorantriebsmoden des
Gleichstrommotors 11 und eine Multipliziereinrichtung zum
Multiplizieren des von der Motorrotationsdetektierein
richtung abgegebenen Detektierwerts mit einem Anpassungs-
oder Korrekturkoeffizienten.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 in
Verbindung mit den Diagrammen der Fig. 10 und 11 der Betrieb
der von dem Gleichstrommotor angetriebenen Servolenkanlage
beschrieben.
Durch Detektieren des Motorstroms IM ist es möglich, auf der
Basis der in Fig. 10 gezeigten Charakteristiken in dem
ersten Motorantriebsmodus den Bereich der Motorspannung VM
zu bestimmen, in dem der Gleichstrommotor 11 nicht rotiert.
Wenn beispielsweise der Gleichstrommotor 11 nicht rotiert,
wenn der Motorstrom IM den Wert ID annimmt (siehe Fig. 10),
dann ist die Motorspannung VM größer als der obere Grenzwert
VMD1 einschließlich und kleiner als der untere Grenzwert
VMD2 einschließlich (d. h., VMD2 VM VMD1).
Fig. 2 ist ein Diagramm von Charakteristiken, das demjenigen
von Fig. 10 entspricht und graphisch die Beziehung zwischen
dem Motorstrom IM und der Motorspannung VM zeigt, wenn der
Gleichstrommotor 11 in dem erwähnten ersten Motorantriebs
modus gedreht wird. In Fig. 2 haben die Symbole B, C, VMD1,
VMD2, IF1 und ID die gleiche Bedeutung, die bereits erläu
tert wurde.
In Fig. 2 bezeichnet die Kurve TD1 eine Motorstrom-Motor
spannungs-Charakteristik des Gleichstrommotors 11 im
nichtrotierenden Zustand, eine Kurve TD2 bezeichnet die
entsprechende Charakteristik in dem Zustand, in dem der
Gleichstrommotor 11 unter dem Einfluß einer äußeren Kraft
(Kräften) veranlaßt wird, weiter in der gesteuerten oder
vorgegebenen Drehrichtung zu drehen (dieser Zustand wird
nachstehend als der Vorwärtszustand bezeichnet), und eine
Kurve TD3 bezeichnet die Charakteristik in dem Zustand, in
dem der Gleichstrommotor 1 unter dem Einfluß von äußerer
Kraft (äußeren Kräften) veranlaßt wird, in einer Richtung
entgegengesetzt zu der gesteuerten Drehrichtung zu drehen
(diese Richtung wird nachstehend als Anti-Vorwärts- bzw.
Rückwärtsrichtung bezeichnet).
In Fig. 2 bezeichnen die Spannungswerte VMD, VMDO und VMDM
die Motorspannung auf den Kurven TD1, TD2 bzw. TD3 in dem
Zustand, in dem der Motorstrom IM den Wert ID annimmt. Dabei
bezeichnet der Spannungswert VMD die Motorspannung VM auf
der Kurve TD1 im nichtdrehenden Zustand des Gleichstrom
motors 11, der Spannungswert VMDO bezeichnet die Motorspan
nung VM auf der Kurve TD2 im Vorwärtszustand, und der
Spannungswert VMDM bezeichnet die Motorspannung VM auf der
Kurve TD3 im Rückwärtszustand.
Nachstehend wird ein Ablauf zum Schätzen der Motordrehzahl
MR beschrieben, wenn der Motorstrom IM gleich dem Wert ID
ist.
Zuerst wird auf der Basis eines Motorspannungsbereichs, der
durch die Motortemperaturcharakteristik bestimmt ist, der
obere Grenzwert VMD1 und der untere Grenzwert VMD2 der Mo
torspannung VM im nichtdrehenden Zustand des Gleichstrommo
tors 11 bestimmt, wenn der Motorstrom IM gleich dem Wert ID
ist.
Anschließend wird entschieden, ob die geschätzte Motor
spannung VMS größer als der obere Grenzwert VMD1 oder klei
ner als der untere Grenzwert VMD2 ist oder ob die geschätzte
Motorspannung VMS in den Bereich fällt, der gegeben ist
durch den Ausdruck VMD2 VM VMD1.
Wenn beispielsweise die geschätzte Motorspannung VMS den
Motorspannungswert VMD auf der Kurve TD1 annimmt, wird ent
schieden, daß sich der Gleichstrommotor 11 im nichtrotie
renden Zustand befindet, weil die Motorspannung VMD größer
als der untere Grenzwert VMD2 und kleiner als der obere
Grenzwert VMD1 ist.
Wenn dagegen die geschätzte Motorspannung VMS den Motorspan
nungswert VMDO auf der Kurve TD2 annimmt, wird entschieden,
daß der Gleichstrommotor 11 im Vorwärtszustand ist, weil der
Motorspannungswert VMDO größer als der obere Grenzwert VMD1
ist. Da die Differenz zwischen der Motorspannung VMDO und
dem oberen Grenzwert VMD1 proportional zu der Motordrehzahl
MR ist, ist es in diesem Fall möglich, die Motordrehzahl MR
auf der Basis der vorgenannten Differenz (d. h. VMDO-VMD1)
zu schätzen.
Wenn ferner die geschätzte Motorspannung VMS den Motor
spannungswert VMDM auf der Kurve TD3 annimmt, wird ent
schieden, daß der Gleichstrommotor 11 im Rückwärtszustand
ist, weil der Motorspannungswert VMDM kleiner als der untere
Grenzwert VMD2 ist. Da die Differenz zwischen der Motor
spannung VMDM und dem unteren Grenzwert VMD2 zu der Motor
drehzahl MR proportional ist, ist es in diesem Fall möglich,
die Motordrehzahl MR auf der Basis der Spannungsdifferenz
(VMDM-VMD2) zu schätzen.
Nebenbei ist in Fig. 2 zu beachten, daß dann, wenn der
Gleichstrommotor 11 im Rückwärtszustand ist und die Drehzahl
in Rückwärtsrichtung (d. h. die Drehzahl im Anti-Vorwärts
zustand) so groß ist, daß die Klemmenspannung die negative
Polarität annimmt, die Schätzung der Motordrehzahl MR
schwierig wird, obwohl es möglich ist zu bestimmen, ob der
Gleichstrommotor 11 dreht oder nicht. Es versteht sich von
selbst, daß die Motordrehzahl MR ohne weiteres geschätzt
werden kann durch Verwendung einer Motorspannungsdetektier
einrichtung oder -schaltung, obwohl dadurch mehr oder
weniger Kosten entstehen.
Wenn ferner der Motorstrom IM kleiner als der untere Grenz
wert IF1 des linearen Bereichs ist, ist es schwierig, die
Motordrehzahl MR zu schätzen, weil die charakteristischen
Kurven nichtlinear werden, obwohl die Entscheidung, ob der
Gleichstrommotor 11 dreht oder nicht, getroffen werden kann.
Andererseits kann in dem zweiten Motorantriebsmodus der
Bereich der Motorspannung VM, in dem der Gleichstrommotor 11
im nichtrotierenden Zustand ist, sowie der Betriebszustand
des Gleichstrommotors 11 auf der Basis der Charakteristiken
gemäß Fig. 11 bestimmt werden. Wenn beispielsweise der
Gleichstrommotor 11 im nichtrotierenden Zustand ist, wenn
der Motorstrom IM den Wert IQ annimmt, kann entschieden
werden, daß die Motorspannung VM kleiner als der obere
Grenzwert VMQ1 einschließlich und größer als der untere
Grenzwert VMQ2 einschließlich ist.
Fig. 3 ist ein Diagramm von Charakteristiken, das Fig. 11
entspricht, und zeigt Motorstrom(IM)-Motorspannungs(VM)-
Charakteristiken in dem Zustand, in dem der Gleichstrommotor
11 in dem zweiten Motorantriebsmodus angetrieben wird, in
dem beide FET jedes Paars von den PDM-Steuersignalen ge
steuert werden. In der Figur haben die Symbole B, C, VMQ1,
VMQ2, IF2 und IQ die gleiche Bedeutung, die vorher für Fig.
11 angegeben wurde.
In Fig. 3 bezeichnet die Kurve TQ1 die Charakteristik des
Gleichstrommotors 11 in seinem nichtrotierenden Zustand,
eine Kurve TQ2 bezeichnet die Charakteristik des Gleich
strommotors 11 im Vorwärtszustand, und eine Kurve TQ3
bezeichnet die Charakteristik im Anti-Vorwärtszustand.
Außerdem bezeichnen Spannungswerte VMQ, VMQ0 und VMQM die
Motorklemmenspannungen auf den Kurven TQ1, TQ2 und TQ3, wenn
der Motorstrom IM den Wert IQ annimmt.
Nachstehend wird ein Ablauf zum Schätzen der Motordrehzahl
MR des Gleichstrommotors 11 für den Fall beschrieben, daß
der Motorstrom IM gleich dem Wert IQ ist.
Zuerst werden auf der Basis eines Motorspannungsbereichs,
der durch die Temperaturcharakteristik bestimmt ist, der
obere Grenzwert VMQ1 und der untere Grenzwert VMQ2 der Mo
torspannung VM im nichtrotierenden Zustand des Gleichstrom
motors 11 zu dem Zeitpunkt bestimmt, zu dem der Motorstrom
IM gleich dem Wert IQ ist.
Anschließend wird entschieden, ob die geschätzte Motor
spannung VMS größer als der obere Grenzwert VMQ1 oder
kleiner als der untere Grenzwert VMQ2 ist oder ob die
geschätzte Motorspannung VMS in den Bereich fällt, der
gegeben ist durch den Ausdruck VMQ2 VM VMQ1.
Wenn beispielsweise die geschätzte Motorspannung VMS einen
Wert VMQ auf der Kurve TQ1 annimmt, wird entschieden, daß der
Gleichstrommotor 11 im nichtrotierenden Zustand ist, weil
der Spannungswert VMQ größer als der untere Grenzwert VMQ2
und kleiner als der obere Grenzwert VMQ1 ist.
Wenn andererseits die geschätzte Motorspannung VMS einen
Spannungswert VMQ0 auf der Kurve TQ2 annimmt, wird ent
schieden, daß sich der Gleichstrommotor 11 im Vorwärtszu
stand befindet, weil der Spannungswert VMQ0 größer als der
obere Grenzwert VMQ1 ist. Da die Differenz zwischen der
Motorspannung VMQ0 und dem oberen Grenzwert VMQ1 zu der
Motordrehzahl MR proportional ist, ist es in diesem Fall
möglich, die Motordrehzahl MR auf der Basis der vorgenannten
Spannungsdifferenz (d. h. VMQO-VMQ1) zu schätzen.
Wenn ferner die geschätzte Motorspannung VMS einen Span
nungswert VMQM auf der Kurve TQ3 annimmt, kann entschieden
werden, daß der Gleichstrommotor 11 im Anti-Vorwärtszustand
ist, weil der Spannungswert VMQM kleiner als der untere
Grenzwert VMQ2 ist. Da die Differenz zwischen der Motor
spannung VMQM und dem unteren Grenzwert VMQ2 zu der Motor
drehzahl MR proportional ist, ist es in diesem Fall möglich,
die Motordrehzahl MR auf der Basis der Spannungsdifferenz
(VMQM-VMQ2) zu schätzen.
Nebenbei ist in Fig. 3 zu beachten, daß dann, wenn der
Gleichstrommotor 11 im Vorwärtszustand ist und die Drehzahl
in Vorwärtsrichtung (d. h. die Drehzahl im Vorwärtszustand)
so hoch ist, daß die Klemmenspannung die Versorgungsspannung
VB überschreitet, die Schätzung der Motordrehzahl schwierig
wird, obwohl es möglich ist zu bestimmen, ob der Gleich
strommotor 11 dreht oder nicht. Ferner wird in dem Bereich,
in dem der Motorstrom IM kleiner als der untere Grenzwert
IF2 ist, jede der vorgenannten Kurven nichtlinear. Infolge
dessen wird die Schätzung der Motordrehzahl MR schwierig,
obgleich es möglich ist zu entscheiden, ob der Gleichstrom
motor 11 dreht oder nicht.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der
Motordrehzahl MR und der Motorklemmenspannung VMT des
Gleichstrommotors 11 in seinem nicht angetriebenen Zustand
(d. h. wenn er nicht dreht) zeigt, wobei eine Vorspannung VT
von dem Vorspannungskreis, der aus der Diode 26 und den
Widerständen 27 und 28 besteht, daran angelegt wird.
Wenn beispielsweise die Motorklemmenspannung VMT gleich der
Vorspannung VT ist, bedeutet das, daß der Gleichstrommotor
11 im nichtrotierenden Zustand ist (wobei die erzeugte Span
nung Null ist), wohingegen dann, wenn die Motorklemmenspan
nung VMT einen Spannungswert VT1 annimmt, der die Klemmen
spannung VT überschreitet, was anzeigt, daß die erzeugte
Spannung positive Polarität hat, die Motordrehzahl MR einen
Wert R1 annimmt. Diese Motordrehzahl MR (= R1) kann auf der
Basis der Spannung mit positiver oder negativer Polarität,
die von dem Gleichstrommotor 11 unter dem Einfluß der
äußeren Kraft (Kräfte) erzeugt wird, detektiert werden.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das graphisch eine Beziehung
zwischen dem Lenkdrehmoment T, das durch das elektrische
Signal T1 bezeichnet ist, und einem gewünschten oder Soll-
Motorstromwert IMO des Motorstroms IM zeigt. Der Soll-
Motorstromwert IMO für das Lenkdrehmoment T bezeichnet
äquivalent das erforderliche Lenkhilfsdrehmoment.
Nachstehend wird der Betrieb der Steuerung für die motorge
triebene Servolenkanlage im einzelnen unter Bezugnahme auf
Fig. 6 beschrieben, die ein Flußdiagramm ist, das den von
der CPU 20A ausgeführten Verarbeitungsablauf zeigt.
Zuerst ruft die CPU 20A das von dem Drehmomentsensor 3
abgegebene elektrische Signal T1 in Schritt S40 über die
Eingabeschnittstelle 22 als Drehmomentinformation ab.
Anschließend bestimmt die CPU 20A arithmetisch den Soll-
Motorstromwert IMO des Stroms, der dem Gleichstrommotor 11
zuzuführen ist, und zwar beispielsweise nach Maßgabe des
Charakteristik-Diagramms von Fig. 5, wobei als Parameter der
Wert des elektrischen Signals T1 genutzt wird, das das
Lenkdrehmoment T bezeichnet (Schritt S41).
Inzwischen detektiert der Motorstromdetektierkreis 24 den
Motorstrom IM, der tatsächlich durch den Gleichstrommotor 11
fließt. Der detektierte Motorstrom IM wird in Schritt S42 in
die CPU 20A als die Motorstrominformation eingegeben.
Daraufhin bestimmt die CPU 20A in Schritt S43 arithmetisch
die Einschaltdauer DTY auf der Basis einer Differenz zwi
schen dem tatsächlich gemessenen Motorstrom IM und dem Soll-
Motorstromwert IMO, so daß der Motorstrom IM mit dem Soll-
Motorstromwert IMO übereinstimmt, und die so bestimmte
Einschaltdauer DTY wird dem Motortreiberkreis 23 in Form des
Motortreibersignals DM in Schritt S44 zugeführt. Soweit die
Schritte S40 bis S44 betroffen sind, ist der von der CPU
dieser Steuervorrichtung ausgeführte Verarbeitungsablauf im
wesentlichen der gleiche wie der der herkömmlichen Steuer
vorrichtung der motorgetriebenen Servolenkanlage.
Dann wird in Schritt S45 auf der Basis der Einschaltdauer
DTY abgefragt, ob der Gleichstrommotor 11 angetrieben wird.
In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Entscheidungs
schritts wird der Ablauf zur Schätzung der Motordrehzahl MR
geändert, wie nachstehend beschrieben wird.
Wenn in Schritt S45 entschieden wird, daß der Gleichstrom
motor 11 angetrieben wird (d. h. wenn diese Abfrage mit JA
beantwortet wird), wird die Motordrehzahl MR auf der Basis
der geschätzten Motorspannung VMS wie nachstehend beschrie
ben geschätzt. Zuerst detektiert der Versorgungsspannungs
detektierkreis 33 die Versorgungsspannung VB, die dem H-
Brücken-Kommutierungskreis BR zugeführt wird, der aus dem
Gleichstrommotor 11 und den vier FET 29 bis 32 besteht,
wobei die detektierte Versorgungsspannung VB dann in Schritt
S46 in die CPU 20A als Spannungsinformation eingegeben wird.
Dann wird in Schritt S47 abgefragt, ob jedes Paar der FET,
die den Brückenkommutierungskreis BR bilden, im ersten An
triebsmodus (in dem nur einer des FET-Paars von dem PDM-
Steuersignal gesteuert und der andere im EIN-Zustand ge
halten wird) oder im zweiten Antriebsmodus (in dem beide FET
des Paars von dem PDM-Steuersignal ein/ausgeschaltet werden)
ist.
Dabei wird in Schritt S47 eine Entscheidung getroffen, ob
der FET 29 von dem PDM-Steuersignal ein/ausgeschaltet wird,
während der FET 32 im leitenden Zustand (d. h. im ersten
Antriebsmodus) gehalten wird, oder ob die beiden FET 29 und
32 von dem PDM-Steuersignal gesteuert werden (d. h. im
zweiten Antriebsmodus sind). In diesem Fall wird angenommen,
daß entschieden wird, ob der zweite Antriebsmodus vorliegt
oder nicht.
Wenn in Schritt S47 entschieden wird, daß der zweite An
triebsmodus vorliegt, so daß die beiden FET 29 und 32 von
dem PDM-Steuersignal gesteuert werden (d. h. wenn die Ant
wort des Entscheidungsschritts S47 JA ist), bestimmt die CPU
20A in Schritt S48 die geschätzte Motorspannung VMS auf der
Basis der an den Brückenkommutierungskreis BR angelegten
Versorgungsspannung VB und der Einschaltdauer DTY des Motor
treibersignals DM.
In diesem Fall kann die geschätzte Motorspannung VMS ent
sprechend der nachstehenden Gleichung (1) bestimmt werden:
VMS = (DTY-DO) × VB × K1 (1).
In der Gleichung (1) bezeichnet DO einen Unempfindlichkeits
bereich der Einschaltdauer DTY des Motortreibersignals DM
(d. h. einen Bereich der Einschaltdauer DTY, in dem kein
Motorstrom IM fließt, obwohl die Einschaltdauer DTY nicht
Null ist), und K1 bezeichnet einen Koeffizienten.
Außerdem werden in Schritt S49 der obere Grenzwert VMQ1 und
der untere Grenzwert VMQ2, die genutzt werden, um zu be
stimmen, ob sich der Gleichstrommotor 11 im nichtrotierenden
Zustand befindet, auf der Basis des Motorstroms IM (z. B.
des tatsächlich gemessenen Werts IQ des Motorstroms) be
stimmt.
Anschließend wird die in Schritt S48 geschätzte Motorspan
nung VMS mit den in Schritt S49 bestimmten Referenzwerten
VMQ1 und VMQ2 verglichen, woraufhin in Schritt S50 die
geschätzte Motordrehzahl MRQ auf der Basis des Ver
gleichsergebnisses bestimmt wird.
Wenn dabei der oben erwähnte Vergleich darin resultiert, daß
VMS < VMQ1 (was bedeutet, daß sich der Gleichstrommotor 11
im Vorwärtszustand befindet), wird die geschätzte Motor
drehzahl MRQ in dem zweiten Antriebsmodus nach Maßgabe der
folgenden Gleichung (2) bestimmt:
MRQ = (VMS-VMQ1) × K2 (2)
wobei K2 ein Koeffizient ist.
Wenn ferner die Bedingung erfüllt ist, daß
VMQ1 VMS VMQ2, was bedeutet, daß sich der Gleichstrom
motor 11 im nichtrotierenden Zustand befindet, ist die
geschätzte Motordrehzahl MRQ gleich Null. Wenn andererseits
die Bedingung VMS < VMQ2 erfüllt ist, was bedeutet, daß sich
der Gleichstrommotor 11 im Anti-Vorwärtszustand befindet,
kann die geschätzte Motordrehzahl MRQ nach Maßgabe der
nachstehenden Gleichung (3) bestimmt werden:
MRQ = (VMQ2-VMS) × K2 (3)
wobei K2 ein Koeffizient ist.
Schließlich wird in Schritt S51 die nach Maßgabe der Glei
chung (2) oder (3) bestimmte geschätzte Motordrehzahl MRQ
mit einem Anpassungs- oder Korrekturkoeffizienten α multi
pliziert, um die Detektiergenauigkeit durch Kompensation
einer Abweichung der geschätzten Motordrehzahl MRQ, die dem
Antriebsmodus des Gleichstrommotors 11 (in diesem Fall dem
zweiten Antriebsmodus) und dem angewandten Drehzahlschätz
verfahren innewohnt, zu verbessern. Somit kann die endgül
tige Motordrehzahl MR (= MRQ × α) bestimmt werden.
Wenn dagegen von der CPU 20A in Schritt S47 entschieden
wird, daß der FET 29 von dem PDM-Steuersignal ein/aus
geschaltet wird, während der FET 32 ständig im leitenden
Zustand gehalten wird, was bedeutet, daß der Gleichstrom
motor 11 im ersten Antriebsmodus durch den Brückenkommutie
rungskreis BR gesteuert wird (wenn also der Entscheidungs
schritt S47 in NEIN resultiert), wird die geschätzte
Motorspannung VMS auf der Basis der Versorgungsspannung VB
und der Einschaltdauer DTY in Schritt S52 bestimmt. In
diesem Fall kann die geschätzte Motorspannung VMS nach
Maßgabe der Gleichung (1) bestimmt werden, die in Verbindung
mit Schritt S48 angegeben wurde.
Ferner werden in Schritt S53 der obere Grenzwert VMD1 und
der untere Grenzwert VMD2, die dazu genutzt werden zu ent
scheiden, ob sich der Gleichstrommotor 11 im nichtrotie
renden Zustand befindet, auf der Basis des Motorstroms IM
(z. B. des gemessenen Ist-Werts ID desselben) bestimmt.
Anschließend wird die in Schritt S52 bestimmte geschätzte
Motorspannung VMS mit den Referenzwerten VMD1 und VMD2, die
in Schritt S53 bestimmt wurden, verglichen, wonach in
Schritt S54 die geschätzte Motordrehzahl MRD auf der Basis
des Vergleichsergebnisses bestimmt wird.
Wenn dabei der oben erwähnte Vergleich darin resultiert, daß
VMS < VMD1 (was bedeutet, daß sich der Gleichstrommotor 11
im Vorwärtszustand befindet), wird die geschätzte Motor
drehzahl MRD im ersten Antriebsmodus nach Maßgabe der fol
genden Gleichung (4) bestimmt:
MRD = (VMS-VMD1) × K3 (4)
wobei K3 ein Koeffizient ist.
Wenn ferner die Bedingung VMD1 VMS VMD2 erfüllt ist, was
bedeutet, daß sich der Gleichstrommotor 11 im nichtrotieren
den Zustand befindet, ist die geschätzte Motordrehzahl MRD
gleich Null. Wenn andererseits die Bedingung VMS < VMD2
erfüllt ist, was bedeutet, daß der Gleichstrommotor 11 im
Anti-Vorwärtszustand ist, kann die geschätzte Motordrehzahl
MRD nach Maßgabe der folgenden Gleichung (5) bestimmt
werden:
MRD = (VMD2-VMS) × K3 (5)
wobei K3 ein Koeffizient ist.
Schließlich wird in Schritt S55 die nach Maßgabe der Glei
chung (4) oder (5) bestimmte geschätzte Motordrehzahl MRD
mit einem Anpassungs- oder Korrekturkoeffizienten β multi
pliziert, um die Detektiergenauigkeit durch Kompensation
einer Abweichung der geschätzten Motordrehzahl MRD zu er
höhen, die dem Antriebsmodus des Gleichstrommotors 11 (in
diesem Fall dem ersten Antriebsmodus) und dem angewandten
Drehzahlschätzverfahren innewohnt. Somit kann die endgültige
Motordrehzahl MR (= MRD × β) bestimmt werden.
Wenn andererseits das Motortreibersignal DM von der CPU 20A
nicht erzeugt wird und wenn in Schritt S45 entschieden wird,
daß der Gleichstrommotor 11 nicht angetrieben wird (d. h.
wenn die Antwort in Schritt S45 NEIN ist), kann kein Motor
strom IM detektiert werden. Daher wird die Motordrehzahl MR
auf der Basis der Motorklemmenspannung VMT des Gleichstrom
motors 11 geschätzt, wie nachstehend beschrieben wird.
Zuerst ruft die CPU 20A die Motorklemmenspannung VMT des
Gleichstrommotors 11 in Schritt S56 als Spannungsinformation
über den Motorklemmenspannungs-Detektierkreis 25 ab.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Kathode der Diode 26, die einen
Teil des Vorspannungskreises bildet, über den Widerstand 27
mit der Klemme des Gleichstrommotors 11 verbunden, mit der
die Energiequelle verbunden ist, während die Anode der Diode
26 mit dem Ausgang des Versorgungskreises 21 verbunden ist.
Die andere Klemme des Gleichstrommotors 11 ist über den
Widerstand 28 mit Masse verbunden.
Aufgrund der oben beschriebenen Anordnung wird der detek
tierten Motorklemmenspannung VMT des Gleichstrommotors 11
die Vorspannung. VT hinzuaddiert. Somit kann die Motordreh
zahl MRV des Gleichstrommotors 11 auf der Basis der in Fig.
4 gezeigten Charakteristik geschätzt werden. Wenn beispiels
weise der Wert VT1 als die Motorklemmenspannung VMT des
Gleichstrommotors 11 detektiert wird, kann die geschätzte
Drehzahl MR des Gleichstrommotors 11 als "R1" geschätzt
werden.
Schließlich wird in Schritt S58 die geschätzte Motordrehzahl
MRV mit einem Anpassungs- oder Korrekturkoeffizienten γ
multipliziert, um die Detektiergenauigkeit zu erhöhen durch
Kompensation einer Abweichung der geschätzten Motordrehzahl
MRV, die dem Antriebsmodus des Gleichstrommotors 11 (in
diesem Fall dem Nicht-Rotationsmodus) und dem angewandten
Drehzahlschätzverfahren innewohnt. Somit kann die endgültige
Motordrehzahl MR bestimmt werden.
Das oben beschriebene Verfahren zum Schätzen der Motordreh
zahl MR kann vorteilhaft bei einem Steuersystem einer All
radlenkung angewandt werden, wobei auch die Hinterräder von
dem Gleichstrommotor 11 gesteuert werden.
Bevor die zweite Ausführungsform beschrieben wird, soll der
Steuerbetrieb des Gleichstrommotors 11 kurz erläutert
werden.
Auch wenn eine Motorspannung VM, die dem Soll-Motorstromwert
IMO entspricht, an den Gleichstrommotor 11 angelegt wird,
ist im allgemeinen der Anstieg des Motorstroms IM aufgrund
der Induktivitätskomponenten des Gleichstrommotors 11 von
einer Verzögerung t begleitet.
Unter diesen Umständen wird im allgemeinen ein Schema ange
wandt, bei dem eine hohe Motorspannung VM zu einem Zeitpunkt
t0 an den Gleichstrommotor 11 angelegt wird, so daß der
Motorstrom IM möglichst rasch den Soll-Motorstromwert IMO
annimmt, wie Fig. 7 zeigt. Während der Motorstrom IM dem
Soll-Motorstromwert IMO immer weiter angenähert wird, wird
die Motorspannung VM fortschreitend verringert, so daß sie
zu einem Zeitpunkt t1 dem Soll-Spannungswert entspricht.
Wenn daher die Schätzung der Motordrehzahl MR auf der Basis
der geschätzten Motorspannung VMS und des Motorstroms IM
erfolgt, wenn sich die Motorspannung VM noch nicht stabili
siert hat, enthalten die Schätzwerte MRQ oder MRD der Motor
drehzahl MR, wie sie in Schritt S50 oder S54 erhalten wer
den, einen Fehler, was ein Problem darstellt.
Um dieses Problem zu lösen, ist gemäß der zweiten Ausfüh
rungsform vorgesehen, daß eine Intervallvorgabeeinrichtung
vorgesehen ist, um anschließend an die Umschaltung der vor
her erwähnten Antriebsmoden ein Zeitintervall (z. B. eine
Periode der Dauer t) vorzugeben.
In diesem Fall kann die Intervallvorgabeeinrichtung so
ausgelegt sein, daß dann, wenn sich der soll-Motorstrom IMO
oder die geschätzte Motorspannung VMS erheblich ändert, die
Rotationszustandsdetektiereinrichtung daran gehindert wird,
den Rotationszustand zu detektieren, indem die geschätzte
Motordrehzahl MRQ oder MRD während einer Periode, die dem
vorgegebenen Intervall t entspricht, ignoriert wird. Somit
kann die geschätzte Motordrehzahl MRQ oder MRD vor der
Einführung eines erheblichen Fehlers geschützt werden.
Bei der dritten Ausführungsform ist zusätzlich zu der Inter
vallvorgabeeinrichtung eine Verzögerungseinrichtung vorge
sehen, um zu dem Detektierwert des Rotationszustands des
Gleichstrommotors 11 während einer dem vorgenannten Inter
vall entsprechenden Periode einen linearen Verzögerungsfak
tor zu addieren.
Dabei wird ein linearer Verzögerungsfaktor zu der geschätz
ten Motorspannung VMS hinzuaddiert, so daß die geschätzte
Motorspannung VMS dem Ansprechverhalten des Motorstroms IM
angenähert ist. Auf diese Weise kann eine fehlerhafte
Detektierung der geschätzten Motorspannung VMS noch sicherer
verhindert werden.
Alternativ kann der lineare Verzögerungsfaktor zu der ge
schätzten Motordrehzahl MRQ oder MRD während des vorgegebe
nen Intervalls anschließend an die Änderung des Antriebs
modus (oder des Motorantriebszustands) hinzuaddiert werden,
so daß der Einfluß der fehlerhaften Detektierung auf die
rechnerische Bestimmung der Motordrehzahl MR herabgesetzt
wird.
Im Fall des Steuersystems der von dem Gleichstrommotor ange
triebenen Servolenkanlage der ersten Ausführungsform wird
die in der CPU 20A vorgesehene Rotationsdetektiereinrichtung
in Abhängigkeit von dem Motorantriebsmodus umgeschaltet. Das
kann jedoch gleichermaßen auf das System angewandt werden,
bei dem nur der erste Antriebsmodus oder alternativ nur der
zweite Antriebsmodus angewandt wird.
In dem System, in dem nur der erste Antriebsmodus verwendet
wird, kann beispielsweise der bei der Detektierung der Mo
tordrehzahl MR auftretende Fehler, wenn der Gleichstrommotor
11 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, auf ein Minimum
unterdrückt werden, wie aus dem Diagramm von Fig. 2 ersicht
lich ist.
Ebenso kann in dem System, in dem nur der zweite Antriebs
modus verwendet wird, der bei der Detektierung der Motor
drehzahl MR auftretende Fehler, wenn der Gleichstrommotor 11
in der Anti-Vorwärtsrichtung gedreht wird, auf ein Minimum
verringert werden, wie aus dem Diagramm von Fig. 3 ersicht
lich ist.
Bei dem System gemäß der ersten Ausführungsform wird die
Verarbeitung zur Detektierung der Motordrehzahl MR im
nichtangetriebenen Zustand des Gleichstrommotors 11
(Schritte S56 bis S58) gemeinsam mit der Verarbeitung zur
Detektierung der Rotation im angetriebenen Zustand des
Gleichstrommotors 11 (Schritte S48 bis S55) ausgeführt. Es
kann aber ebenso eine Anordnung verwendet werden, bei der
nur die Rotationsdetektierverarbeitung im nichtangetriebenen
Zustand des Gleichstrommotors 11 ausgeführt wird.
In diesem Fall genügt es, nur den Vorspannungskreis, der aus
den Spannungsteilerwiderständen 27 und 28 besteht, und den
Motorklemmenspannungs-Detektierkreis 25 vorzusehen, so daß
die gewünschte Steuerung ohne hohe Kosten realisierbar ist.
Bei dem System gemäß der ersten Ausführungsform wird der
Fehler der Motordrehzahl MR verringert durch Multiplikation
mit dem Anpassungs- oder Korrekturkoeffizienten α, β oder γ
in Schritt S51, S55 oder S58. Es versteht sich jedoch, daß
im Fall eines unbedeutenden Fehlers diese Multiplikations
schritte entfallen können.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird
letztlich die Motordrehzahl MR des Gleichstrommotors 11
bestimmt. Die Erfindung ist aber nicht auf eine solche
Anordnung beschränkt, sondern kann gleichermaßen auf den
Fall angewandt werden, in dem einfach entschieden wird, ob
der Gleichstrommotor 11 rotiert oder nicht. In diesem Fall
kann eine Abnormalität wie eine Blockierung des Gleichstrom
motors 11 ebenfalls detektiert werden.
Für den Fachmann sind zahlreiche Modifikations- und Kombina
tionsmöglichkeiten ohne weiteres ersichtlich.
Beispielsweise ist zwar der Vorspannungskreis als Pull-up-
Vorspannungskreis in Verbindung mit der Klemme des Gleich
strommotors 11, die mit der Energieversorgung verbunden ist,
vorgesehen, er kann aber auch als Pull-down-Vorspannungs
kreis in Verbindung mit der Klemme vorgesehen sein, die mit
Massepotential verbunden ist. Ebenso kann der Motorklemmen
spannungs-Detektierkreis 25 in Verbindung mit derjenigen
Klemme des Gleichstrommotors 11 vorgesehen sein, die mit der
Energieversorgung verbunden ist.
Legende zu Fig. 6
START START
S40 Drehmomentsensorsignal T1 abrufen
S41 Soll-Motorstrom IMO bestimmen
S42 Motorstrom IM abrufen
S43 Einschaltdauer des PDM-Signals bestimmen
S44 Aktivierung des Gleichstrommotors
S45 Wird der Motor angetrieben? NO = NEIN; YES = JA
S46 Versorgungsspannung VB abrufen
S47 Liegt zweiter Antriebsmodus vor? NO = NEIN; YES = JA
S48 geschätzte Motorspannung VMS auf der Basis von VB und DTY bestimmen
S49 oberen und unteren Grenzwert VMQ1, VMQ2 von VMS aus IM bestimmen
S50 geschätzte Motordrehzahl MRQ aus VMS, VMQ1, VMQ2 bestimmen
S51 Motordrehzahl MR aus MRQ bestimmen
S52 geschätzte Motorspannung VMS auf der Basis von VB und DTY bestimmen
S53 obere und untere Grenze VMD1, VMD2 von VMS aus IM bestimmen
S54 geschätzte Motordrehzahl MRD aus VMS, VMD1, VMD2 bestimmen
S55 Motordrehzahl MR aus MRD bestimmen
S56 Motorklemmenspannung VMT abrufen
S57 geschätzte Motordrehzahl MRV aus VM bestimmen
S58 Motordrehzahl MR aus MRV bestimmen
END ENDE
S40 Drehmomentsensorsignal T1 abrufen
S41 Soll-Motorstrom IMO bestimmen
S42 Motorstrom IM abrufen
S43 Einschaltdauer des PDM-Signals bestimmen
S44 Aktivierung des Gleichstrommotors
S45 Wird der Motor angetrieben? NO = NEIN; YES = JA
S46 Versorgungsspannung VB abrufen
S47 Liegt zweiter Antriebsmodus vor? NO = NEIN; YES = JA
S48 geschätzte Motorspannung VMS auf der Basis von VB und DTY bestimmen
S49 oberen und unteren Grenzwert VMQ1, VMQ2 von VMS aus IM bestimmen
S50 geschätzte Motordrehzahl MRQ aus VMS, VMQ1, VMQ2 bestimmen
S51 Motordrehzahl MR aus MRQ bestimmen
S52 geschätzte Motorspannung VMS auf der Basis von VB und DTY bestimmen
S53 obere und untere Grenze VMD1, VMD2 von VMS aus IM bestimmen
S54 geschätzte Motordrehzahl MRD aus VMS, VMD1, VMD2 bestimmen
S55 Motordrehzahl MR aus MRD bestimmen
S56 Motorklemmenspannung VMT abrufen
S57 geschätzte Motordrehzahl MRV aus VM bestimmen
S58 Motordrehzahl MR aus MRV bestimmen
END ENDE
Claims (9)
1. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug,
gekennzeichnet durch
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von Schaltelementpaaren (29, 32 und 30, 31), die so miteinander verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor (11) einen Brückenkommutierungskreis (BR) bilden, um den Gleichstrommotor entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung zu treiben;
eine Motorantriebssteuereinrichtung (12A) zur Steuerung des Betriebs des Gleichstrommotors durch Steuern eines Schaltelements des Schaltelementpaars mit einem PDM-Steuer signal, während gleichzeitig das andere Schaltelement in einem leitenden Zustand gehalten wird;
eine Motorstromdetektiereinrichtung (24) zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor (11) fließenden Stroms;
eine Versorgungsspannungsdetektiereinrichtung (33) zum Detektieren einer an den Brückenkommutierungskreis (BR) an gelegten Versorgungsspannung;
eine Motorspannungsschätzeinrichtung zum Schätzen einer an den Gleichstrommotor angelegten Spannung auf der Basis der an den Brückenkommutierungskreis (BR) angelegten Versor gungsspannung und der PDM-Steuersignale (PC1 bis PC4); und
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors (11) auf der Basis des Motorstroms und der an den Gleichstrommotor ange legten geschätzten Motorspannung.
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von Schaltelementpaaren (29, 32 und 30, 31), die so miteinander verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor (11) einen Brückenkommutierungskreis (BR) bilden, um den Gleichstrommotor entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung zu treiben;
eine Motorantriebssteuereinrichtung (12A) zur Steuerung des Betriebs des Gleichstrommotors durch Steuern eines Schaltelements des Schaltelementpaars mit einem PDM-Steuer signal, während gleichzeitig das andere Schaltelement in einem leitenden Zustand gehalten wird;
eine Motorstromdetektiereinrichtung (24) zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor (11) fließenden Stroms;
eine Versorgungsspannungsdetektiereinrichtung (33) zum Detektieren einer an den Brückenkommutierungskreis (BR) an gelegten Versorgungsspannung;
eine Motorspannungsschätzeinrichtung zum Schätzen einer an den Gleichstrommotor angelegten Spannung auf der Basis der an den Brückenkommutierungskreis (BR) angelegten Versor gungsspannung und der PDM-Steuersignale (PC1 bis PC4); und
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors (11) auf der Basis des Motorstroms und der an den Gleichstrommotor ange legten geschätzten Motorspannung.
2. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Motorklemmenvorspannungskreis (26, 27, 28) zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme von einem Klemmenpaar des Gleichstrommotors (11);
eine Motorklemmenspannungs-Detektiereinrichtung (25), die mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklem menspannung an dieser einen Klemme zu detektieren; und
eine Motorantriebszustands-Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob der Gleichstrommotor angetrieben wird;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung den Rota tionszustand des Gleichstrommotors (11) auf der Basis der Motorklemmenspannung detektiert, wenn der Gleichstrommotor nicht angetrieben wird.
einen Motorklemmenvorspannungskreis (26, 27, 28) zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme von einem Klemmenpaar des Gleichstrommotors (11);
eine Motorklemmenspannungs-Detektiereinrichtung (25), die mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklem menspannung an dieser einen Klemme zu detektieren; und
eine Motorantriebszustands-Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob der Gleichstrommotor angetrieben wird;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung den Rota tionszustand des Gleichstrommotors (11) auf der Basis der Motorklemmenspannung detektiert, wenn der Gleichstrommotor nicht angetrieben wird.
3. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug,
gekennzeichnet durch
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von Schaltelementpaaren (29, 32 und 30, 31), die so miteinander verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor (11) einen Brückenkommutierungskreis (BR) bilden, um den Gleichstrommotor entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung zu treiben;
eine Motorantriebssteuereinrichtung (12A) zur Steuerung des Betriebs des Gleichstrommotors durch Steuern der beiden Schaltelemente des Paars mit PDM-Steuersignalen (PC1 bis PC4);
eine Motorstromdetektiereinrichtung (24) zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor (11) fließenden Stroms;
eine Versorgungsspannungsdetektiereinrichtung (33) zum Detektieren einer an den Brückenkommutierungskreis (BR) angelegten Versorgungsspannung;
eine Motorspannungsschätzeinrichtung zum Schätzen einer an den Gleichstrommotor angelegten Spannung auf der Basis der an den Brückenkommutierungskreis (BR) angelegten Versor gungsspannung und der PDM-Steuersignale (PC1 bis PC4); und
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors (11) auf der Basis des Motorstroms und der an den Gleichstrommotor ange legten geschätzten Motorspannung.
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von Schaltelementpaaren (29, 32 und 30, 31), die so miteinander verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor (11) einen Brückenkommutierungskreis (BR) bilden, um den Gleichstrommotor entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung zu treiben;
eine Motorantriebssteuereinrichtung (12A) zur Steuerung des Betriebs des Gleichstrommotors durch Steuern der beiden Schaltelemente des Paars mit PDM-Steuersignalen (PC1 bis PC4);
eine Motorstromdetektiereinrichtung (24) zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor (11) fließenden Stroms;
eine Versorgungsspannungsdetektiereinrichtung (33) zum Detektieren einer an den Brückenkommutierungskreis (BR) angelegten Versorgungsspannung;
eine Motorspannungsschätzeinrichtung zum Schätzen einer an den Gleichstrommotor angelegten Spannung auf der Basis der an den Brückenkommutierungskreis (BR) angelegten Versor gungsspannung und der PDM-Steuersignale (PC1 bis PC4); und
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors (11) auf der Basis des Motorstroms und der an den Gleichstrommotor ange legten geschätzten Motorspannung.
4. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch
einen Motorklemmenvorspannungskreis (26, 27, 28) zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme von einem Klemmenpaar des Gleichstrommotors;
eine Motorklemmenspannungs-Detektiereinrichtung (25), die mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklem menspannung an der einen Klemme zu detektieren; und
eine Motorantriebszustands-Detektiereinrichtung, die ent scheidet, ob der Gleichstrommotor angetrieben wird;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung den Rota tionszustand des Gleichstrommotors auf der Basis der Motor klemmenspannung detektiert, wenn der Gleichstrommotor nicht angetrieben wird.
einen Motorklemmenvorspannungskreis (26, 27, 28) zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme von einem Klemmenpaar des Gleichstrommotors;
eine Motorklemmenspannungs-Detektiereinrichtung (25), die mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklem menspannung an der einen Klemme zu detektieren; und
eine Motorantriebszustands-Detektiereinrichtung, die ent scheidet, ob der Gleichstrommotor angetrieben wird;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung den Rota tionszustand des Gleichstrommotors auf der Basis der Motor klemmenspannung detektiert, wenn der Gleichstrommotor nicht angetrieben wird.
5. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug,
gekennzeichnet durch
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von gepaarten Schaltelementen (29, 32 und 30, 31), die so verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor einen Brückenkommutierungskreis (BR) zum Treiben des Gleichstrommotors bilden;
einen Motorklemmenvorspannungskreis (26, 27, 28) zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme von gepaarten Klemmen des Gleichstrommotors (11);
einen Motorklemmenspannungs-Detektierkreis (25), der mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklem menspannung an der einen Klemme zu detektieren; und
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung, um den Rota tionszustand des Gleichstrommotors (11) auf der Basis der Motorklemmenspannung in dem Zustand, in dem der Gleich strommotor nicht angetrieben wird, zu detektieren.
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von gepaarten Schaltelementen (29, 32 und 30, 31), die so verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor einen Brückenkommutierungskreis (BR) zum Treiben des Gleichstrommotors bilden;
einen Motorklemmenvorspannungskreis (26, 27, 28) zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme von gepaarten Klemmen des Gleichstrommotors (11);
einen Motorklemmenspannungs-Detektierkreis (25), der mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um eine Motorklem menspannung an der einen Klemme zu detektieren; und
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung, um den Rota tionszustand des Gleichstrommotors (11) auf der Basis der Motorklemmenspannung in dem Zustand, in dem der Gleich strommotor nicht angetrieben wird, zu detektieren.
6. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug,
gekennzeichnet durch
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von gepaarten Schaltelementen (29, 32 und 30, 31), die so verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor (11) einen Brückenkommutierungskreis (BR) bilden, um den Gleichstrommotor entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung zu treiben;
eine Motorantriebssteuereinrichtung (12A) zum Steuern des Betriebs des Gleichstrommotors (11) entweder in einem ersten Motorantriebsmodus, in dem ein Schaltelement des Schaltele mentpaars mit einem PDM-Steuersignal gesteuert und gleich zeitig das andere Schaltelement im geschlossenen Zustand gehalten wird, oder in einem zweiten Motorantriebsmodus, in dem beide Schaltelemente mit PDM-Steuersignalen gesteuert werden;
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors (11) in Abhän gigkeit von den Motorantriebsmoden;
eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der Motorrota tionsdetektiereinrichtung in Abhängigkeit von den Motoran triebsmoden; und
eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des von der Motorrotationsdetektiereinrichtung abgegebenen Detek tierwerts mit einem Normierungsfaktor.
einen Gleichstrommotor (11);
zwei Sets von gepaarten Schaltelementen (29, 32 und 30, 31), die so verbunden sind, daß sie gemeinsam mit dem Gleichstrommotor (11) einen Brückenkommutierungskreis (BR) bilden, um den Gleichstrommotor entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung zu treiben;
eine Motorantriebssteuereinrichtung (12A) zum Steuern des Betriebs des Gleichstrommotors (11) entweder in einem ersten Motorantriebsmodus, in dem ein Schaltelement des Schaltele mentpaars mit einem PDM-Steuersignal gesteuert und gleich zeitig das andere Schaltelement im geschlossenen Zustand gehalten wird, oder in einem zweiten Motorantriebsmodus, in dem beide Schaltelemente mit PDM-Steuersignalen gesteuert werden;
eine Motorrotationsdetektiereinrichtung zum Detektieren des Rotationszustands des Gleichstrommotors (11) in Abhän gigkeit von den Motorantriebsmoden;
eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der Motorrota tionsdetektiereinrichtung in Abhängigkeit von den Motoran triebsmoden; und
eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des von der Motorrotationsdetektiereinrichtung abgegebenen Detek tierwerts mit einem Normierungsfaktor.
7. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch
eine Intervallvorgabeeinrichtung zum Vorgeben eines Intervalls (t) anschließend an eine Änderung des Motor antriebsmodus;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung während einer dem Intervall (t) entsprechenden Periode daran gehindert wird, den Rotationszustand des Gleichstrommotors (11) zu detektieren.
eine Intervallvorgabeeinrichtung zum Vorgeben eines Intervalls (t) anschließend an eine Änderung des Motor antriebsmodus;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung während einer dem Intervall (t) entsprechenden Periode daran gehindert wird, den Rotationszustand des Gleichstrommotors (11) zu detektieren.
8. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch
eine Intervallvorgabeeinrichtung zum Vorgeben eines Intervalls (t) anschließend an eine Änderung des Motor antriebsmodus; und
eine Einrichtung zur zusätzlichen Korrektur des von der Motorrotationsdetektiereinrichtung während dieser Periode abgegebenen Detektierwerts mit einem linearen Verzögerungs faktor.
eine Intervallvorgabeeinrichtung zum Vorgeben eines Intervalls (t) anschließend an eine Änderung des Motor antriebsmodus; und
eine Einrichtung zur zusätzlichen Korrektur des von der Motorrotationsdetektiereinrichtung während dieser Periode abgegebenen Detektierwerts mit einem linearen Verzögerungs faktor.
9. Von einem Gleichstrommotor angetriebene Servolenkanlage
für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch
einen Motorklemmenvorspannungskreis zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme eines Klemmenpaars des Gleichstrommotors (11);
eine Motorklemmenspannungs-Detektiereinrichtung (25), die mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um an der einen Klemme eine Motorklemmenspannung zu detektieren; und
eine Motorantriebszustands-Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob der Gleichstrommotor (11) angetrieben wird;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung den Rota tionszustand des Gleichstrommotors auf der Basis der Motor klemmenspannung detektiert, wenn der Gleichstrommotor nicht angetrieben wird.
einen Motorklemmenvorspannungskreis zum Anlegen einer Vorspannung an wenigstens eine Klemme eines Klemmenpaars des Gleichstrommotors (11);
eine Motorklemmenspannungs-Detektiereinrichtung (25), die mit einer der Motorklemmen verbunden ist, um an der einen Klemme eine Motorklemmenspannung zu detektieren; und
eine Motorantriebszustands-Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob der Gleichstrommotor (11) angetrieben wird;
wobei die Motorrotationsdetektiereinrichtung den Rota tionszustand des Gleichstrommotors auf der Basis der Motor klemmenspannung detektiert, wenn der Gleichstrommotor nicht angetrieben wird.
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